REDES INALÁMBRICAS
ING. RAFAEL MONTERROZA BARRIOS
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DE REDES Y COMUNICACIONES
SERVICIO NA...
CONCEPTOS BÁSICOS
CONCEPTOS BÁSICOS DE REDES LAN
CONCEPTOS BÁSICOS DE RADIOFRECUENCIA
ANTENAS
TECNOLOGÍAS WIRELESS LAN
EST...
CAPAS DEL MODELO OSI
Capa
7.
APLICACION

Funciones de usuario final como
transferencia de archivos, gestión de
documentos,...
Estándares Actuales para redes LAN
E stand a r
Ethernet IEEE 802.3

Velocidad

interfaces

10 Mbps

10 Base T

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Conceptos de Radiofrecuencia
 Radiofrecuencia (RF): Se aplica a la porción menos

energética del espectro electromagnétic...
Protocolos de control de acceso
 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection – Protocolo de control ...
Unidades de medida en RF
 Vatio (Watt – W): Unidad de medida de potencia
 dBm (Decibel milivatio): Potencia transmitida ...
ATENUACIÓN
 Las ondas electromagnéticas (o señal) pierden potencia a

medida que se propagan por el aire
 Las señales pu...
Reflexión y multicamino (multipath)
 Algunos objetos en el ambiente pueden reflejar las señales

lo que puede producir qu...
Interferencia y Ruido
 Las señales de radiofrecuencia generan interferencia

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Ancho de banda
 El ancho de banda de una señal de radio es el rango

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Antenas
 Es un conductor metálico capaz de radiar y recibir

ondas electromagnéticas
 La antena es la interface entre un...
Diagrama de radiación

 Diagrama de radiación de una antena sectorial de

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Ancho de banda - Directividad
 Ancho de banda: Es el rango de frecuencias en que la

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Ganancia de una antena
 Se define como la relación entre la densidad de potencia

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Polarización
 La polarización de una antena es la polarización de la

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Tecnologías Wireless LAN
Infrarrojos
 Usan luz infrarroja con línea de vista directa o un



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Cobertura muy limitada
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Banda Estrecha
 Se transmite y recibe en una banda de frecuencia

específica lo más estrecha posible que permita el
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Banda Ancha
 Se logra transmitir gran cantidad de información en

un rango de frecuencia determinado.
 Se usan técnicas ...
Spread Spectrum
 Técnica de codificación que usa el rango total de

frecuencia del canal para transmitir usando
diferente...
OFDM
 Orthogonal Frequency Division Multiplexing:

Técnica de modulación por multiplexión de
frecuencias que consiste en ...
Bandas de frecuencia utilizadas en redes WLAN
 Los sistemas WLAN (Wi-Fi) operan en frecuencias

libres. Estas bandas libr...
Estándares WLAN (802.11 a/b/g/n)
 Estándar IEEE 802.11: Define el uso de los dos

niveles inferiores de la arquitectura O...
IEEE 802.11 b
 Fue la primera revisión del estándar de transmisión

inalámbrica 802.11. El estándar original solo proveía...
IEEE 802.11 g
 Funciona en la banda ISM 2.4 GHz
 Es una evolución del estandar 802.11 b
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 Utiliza OFDM y alcanza Velocidades de transmisión

hasta de 54 Mbps
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 Es la evolución de los estándares anteriores.
 Puede operar tanto en banda ISM 2.4 GHz como U-

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Funcionamiento de las WLAN
 En una WLAN intervienen normalmente los

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Red en modo infraestructura
 Existen varias estaciones que acceden a la red y uno

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Red en modo ad-hoc
 No existe un nodo o nodos principales de

interconexión (Access Point)
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Clasificación de redes inalámbricas según su alcance
 WPAN - Wireless Personal Area Network
 Alcance limitado a unos poc...
Clasificación de redes inalámbricas según su alcance
 WMAN Y WWAN – Wireless Metropolitan/Wide

Area Network
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Fundamentos de Redes inalámbricas

  1. 1. REDES INALÁMBRICAS ING. RAFAEL MONTERROZA BARRIOS CURSO DE PROFUNDIZACIÓN EN GESTIÓN DE REDES Y COMUNICACIONES SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE CARTAGENA – COLOMBIA ® 2013
  2. 2. CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS DE REDES LAN CONCEPTOS BÁSICOS DE RADIOFRECUENCIA ANTENAS TECNOLOGÍAS WIRELESS LAN ESTÁNDARES 802.11 (A/B/G/N) FUNCIONAMIENTO DE LAS REDES LAN INALÁMBRICAS CLASIFICACIÓN
  3. 3. CAPAS DEL MODELO OSI Capa 7. APLICACION Funciones de usuario final como transferencia de archivos, gestión de documentos, acceso a sitios web, entre otros. 6. PRESENTACION Formato de datos. También incluye 5. SESION 4. TRANSPORTS 3. RED 2. ENLACE 1. FISICA Ejemplos Funciones codificación, compresión, encripción Define como se inicia, mantiene y finaliza una conversación llamada sesión - FTP (File Transfer Protocol) - SNMP (Simple Network Management Protocol) - SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - HTTP ( Hyper Text Transfer Protocol) ASCII, EBCDIC, BCD, JPEG, MPEG, MIDI, MP3 RPC, SQL, NFS, Netbios Names, TCP, UDP, SPX Detección y corrección de errores, Ordenamiento de segmentos, multiplexión de aplicaciones en el mismo host IP, IPX Direccionamiento lógico de paquetes, Enrutamiento de paquetes entre diferentes redes, fragmentación de paquetes Mecanismos para establecer la comunicación con el medio físico de transmisión CSMA-CD (802.2), Token Pass (802.5), HDLC, ATM, FDDI, PPP Características eléctricas y mecánicas del - Ethernet 802.3 (10BaseT/FL, 100BaseTX/FX, 1000BaseT/SX/LX) -RS-232C -RS-485 -V. 35 medio de transmisión
  4. 4. Estándares Actuales para redes LAN E stand a r Ethernet IEEE 802.3 Velocidad interfaces 10 Mbps 10 Base T Gigabit Ethernet iEEE802.3z (F.O) IEEE 802.3 ab (Cobre) 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae (FO) IEEE 802.3an (Cobre) Distancia Maxima UTP Cat. 3 100 m Fibra Optica Multimodo 2 Km 100 Base TX UTP Cat. 5 100 m 100 Base FX Fibra Optica Multimodo 2 Km 1000 BaseT UTP Cat. 5E 100 m 10 Base FL Fast Ethernet IEEE 802.3u Cable 100 Mbps 1.000 Mbps 1000 Base SX 1000 Base LX 10.000 Mbps/ 10Gbps Fibra Optica Multimodo Fibra Optica Multimodo (MM) y Monomodo (SM) 10G BaseT UTP FTP S FTP Cat.6A 220 m a 550 m MM: 550 m SM: 5 Km 100 m 10G Base SR/SW Fibra Optica Multimodo Laser Optimizada (MM LO) 300 m a 550 m 10G Base LR/LW Fibra Optica Monomodo (SM) 10 Km 10G Base LX4/LW4 Fibra Optica Multimodo (MM) 300 m Fibra Optica Monomodo 40 Km 10G Base ER/EW
  5. 5. Conceptos de Radiofrecuencia  Radiofrecuencia (RF): Se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, entre los 3 kHz y los 300 GHz.  El Hercio (Hz) es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas = 1 ciclo por segundo  Usos: Radiocomunicaciones, Radioastronomía, Radar, Resonancia magnética nuclear, Calentamiento, entre otros
  6. 6. Protocolos de control de acceso  CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – Protocolo de control de acceso al medio usado en las redes Ethernet cableadas. Los dispositivos “escuchan” el medio antes de transmitir.  CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – Protocolo de control de acceso al medio usado principalmente en redes inalámbricas. Cada equipo anuncia opcionalmente su intención de transmitir antes de hacerlo para evitar colisiones. De esta forma el resto de equipos sabrán cuando hay colisiones y en lugar de transmitir, esperan un tiempo aleatorio pequeño y transmiten solo si el medio sigue libre (no se ha recibido señal de alguno que quiera transmitir).
  7. 7. Unidades de medida en RF  Vatio (Watt – W): Unidad de medida de potencia  dBm (Decibel milivatio): Potencia transmitida o recibida referida a 1 mW Potencia 1 mW 0 2 mW 3 10 mW 10 100 mW 20 400 mW 26 1000 mW dBm = 10 log Potencia Medida (mW) 1 mW dBm 30  Ganancia (dB): Diferencia entre la potencia de salida y la potencia de entrada (en dBm)
  8. 8. ATENUACIÓN  Las ondas electromagnéticas (o señal) pierden potencia a medida que se propagan por el aire  Las señales pueden superar obstáculos (paredes, árboles, entre otros) pero van perdiendo potencia a medida que atraviesan dichos obstáculos
  9. 9. Reflexión y multicamino (multipath)  Algunos objetos en el ambiente pueden reflejar las señales lo que puede producir que estas viajen en múltiples trayectorias hacia el receptor  Las reflexiones viajan en diferente fase por lo que pueden interferirse unas con otras  Los dispositivos inalámbricos deben estar en capacidad de diferenciar entre la señal original y los ecos
  10. 10. Interferencia y Ruido  Las señales de radiofrecuencia generan interferencia nociva cuando se encuentran en la misma frecuencia de operación que otros generadores de señal.  La relación entre la señal y el ruido (SNR) debe ser alta para que la comunicación se lleve a cabo con el mínimo de errores SNR = 10 log Potencia de la señal [dB] Potencia del ruido
  11. 11. Ancho de banda  El ancho de banda de una señal de radio es el rango de frecuencias que ocupa dentro del espectro radioeléctrico  Se mide en Hz (o en sus múltiplos kHz, MHz, GHz)  La relación entre el ancho de banda de la señal y la velocidad de transmisión (bps) depende de la modulación de la señal.
  12. 12. Antenas  Es un conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas electromagnéticas  La antena es la interface entre un transmisor/receptor y el espacio libre  Las antenas se caracterizan por un conjunto de parámetros entre los que se cuentan: Diagrama de radiación  Ancho de banda  Directividad  Ganancia  Polarización 
  13. 13. Diagrama de radiación  Diagrama de radiación de una antena sectorial de 120°
  14. 14. Ancho de banda - Directividad  Ancho de banda: Es el rango de frecuencias en que la antena es capaz de transmitir eficientemente la señal.  Directividad: Es la relación entre la intensidad de radiación en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radiaría con la misma potencia total: D = U (max) / U (iso)  Cada tipo de antena tiene su directividad característica: Omnidireccional, sectorial, direccional, panel plano, etc.
  15. 15. Ganancia de una antena  Se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancia y potencias entregadas a la antena.  La unidad de medida de la ganancia es el dBi (dB sobre isotrópica) o el dBd (dB sobre dipolo). La unidad más utilizada comercialmente es el dBi.  Una ganancia de X dBi significa que si se aplica una potencia de Y dBm a la atena, se obtendrá una radiación de Y+X dBm a la salida de la antena (en condiciones ideales, sin pérdidas).
  16. 16. Polarización  La polarización de una antena es la polarización de la onda que irradia la antena en una dirección dada.  Una onda electromagnética polarizada: las oscilaciones del campo eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de radiación. Las oscilaciones del campo eléctrico solo se producen en el plano de polarización.  Hay polarización lineal (horizontal o vertical), circular, elíptica.  En las antenas para enlaces inalámbricos se usan normalmente antenas con polarización lineal.
  17. 17. Tecnologías Wireless LAN
  18. 18. Infrarrojos  Usan luz infrarroja con línea de vista directa o un      infrarrojo difuso Cobertura muy limitada Emisores y receptores muy simples y económicos No interfiere con otros sistemas de RF No es práctica para usuarios móviles Se usan para redes WPAN
  19. 19. Banda Estrecha  Se transmite y recibe en una banda de frecuencia específica lo más estrecha posible que permita el paso de información  Los usuarios tienen distintas frecuencias de comunicación de modo que se evitan interferencias  Un filtro en el receptor de radio se encarga de dejar pasar solo la señal esperada en la frecuencia asignada
  20. 20. Banda Ancha  Se logra transmitir gran cantidad de información en un rango de frecuencia determinado.  Se usan técnicas de multiplexión de varias portadoras de banda estrecha con lo que se logra transmitir más información en la misma unidad de tiempo.  Técnicas de multiplexión: TDM, FDM, WDM, CDMA  Técnicas de codificación: DSSS, FHSS, OFDM
  21. 21. Spread Spectrum  Técnica de codificación que usa el rango total de frecuencia del canal para transmitir usando diferentes técnicas de codificación:   DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum: Por cada bit a trasmitir se genera un código de bits mucho más grande según una secuencia preestablecida y conocida tanto por emisor como receptor. FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum: Se transmite la información codificada según unos saltos preestablecidos en la frecuencia de transmisión. Cada bit se transmite en una frecuencia diferente y los saltos entre frecuencias son previamente conocidos por ambos actores.
  22. 22. OFDM  Orthogonal Frequency Division Multiplexing: Técnica de modulación por multiplexión de frecuencias que consiste en enviar la señal de bits de datos en partes pequeñas asignadas a diferentes frecuencias que componen el canal. Se envian los datos en paralelo por subportadoras dentro del canal.
  23. 23. Bandas de frecuencia utilizadas en redes WLAN  Los sistemas WLAN (Wi-Fi) operan en frecuencias libres. Estas bandas libres son:  Banda ISM (Industrial, Scientific, Medical)   2.400 – 2.483,5 MHz (2.4 GHz) Banda U-NII (Unlicenced National Information Infrastructure) Low band: 5.15 – 5.25 GHz  Middle band: 5.25 – 5.35 GHz  High band: 5.725 – 5.825 GHz 
  24. 24. Estándares WLAN (802.11 a/b/g/n)  Estándar IEEE 802.11: Define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI especificando sus normas y funcionamiento en una WLAN.  Los estándares que estudiaremos en el curso son los siguientes:     802.11 b 802.11 g 802.11 a 802.11 n
  25. 25. IEEE 802.11 b  Fue la primera revisión del estándar de transmisión inalámbrica 802.11. El estándar original solo proveía velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps – La revisión amplió estas velocidades a 5.5 y 11 Mbps, según la técnica de codificación empleada.  Funciona en la banda ISM 2.4 GHz  Codificación por FHSS o DSSS  En colombia se permiten 11 Canales de 22 MHz cada canal: (2.412 – 2.462)
  26. 26. IEEE 802.11 g  Funciona en la banda ISM 2.4 GHz  Es una evolución del estandar 802.11 b  Utiliza OFDM en lugar de DSSS/FHSS con lo que se obtiene un mayor rendimiento en el uso del ancho de banda que sigue siendo de 22 MHz por canal.  Velocidades de transmisión hasta de 54 Mbps  Es compatible con el estándar 802.11 b  Existe una versión no estandarizada (802.11 g+ o g turbo) que da velocidades hasta de 108 Mbps (solo funciona entre equipos del mismo fabricante)
  27. 27. IEEE 802.11 a  Funciona en la banda U-NII 5 GHz  Utiliza OFDM y alcanza Velocidades de transmisión hasta de 54 Mbps  No es compatible con los estándares 802.11 b/g  Tiene 12 canales que no se solapan entre si (no hay interferencias entre canales).
  28. 28. IEEE 802.11 n  Es la evolución de los estándares anteriores.  Puede operar tanto en banda ISM 2.4 GHz como U- NII 5 Ghz  Alcanza velocidades de transmisión de hasta 300 Mbps  Se apoya en la tecnología MIMO (Multiple Input Multiple Output) que hace uso de varias antenas/canales para la transmisión/recepción  Puede utilizar canales de doble tamaño (usando el canal adyacente) para lograr altas velocidades
  29. 29. Funcionamiento de las WLAN  En una WLAN intervienen normalmente los siguientes elementos:      Access Points Tarjetas de red inalámbricas Routers Inalámbricos Antenas Radios  Se puede realizar una red inalámbrica en modo infraestructura o en modo Ad-hoc
  30. 30. Red en modo infraestructura  Existen varias estaciones que acceden a la red y uno o varios nodos principales (Access Point o Router Inalámbrico) que gestiona las conexiones y el acceso a la red.  El nodo principal controla quien se conecta y quien no mediante técnicas de seguridad, establece el nombre de la red y los parámetros de conexión para todas las estaciones  Su administración es simple debido a la centralización
  31. 31. Red en modo ad-hoc  No existe un nodo o nodos principales de interconexión (Access Point)  Cada estación puede conectarse con otras estaciones y establecen así las conexiones entre ellas  El alcance de la red está limitado al alcance de las tarjetas de red inalámbricas de los equipos  Muy poca seguridad
  32. 32. Clasificación de redes inalámbricas según su alcance  WPAN - Wireless Personal Area Network  Alcance limitado a unos pocos metros  Bajas potencias y velocidades de transmisión  Ejemplos: infrarrojos, Bluetooth, Zigbee  WLAN – Wireless Local Area Network  Alcance limitado a un espacio que no sobrepasa los 100 metros a la redonda (Casas, Salones, etc). Se pueden extender varias WLAN para dar cubrimiento a zonas mayores (Edificios)  Potencias de transmisión medias y altas velocidades de transmisión
  33. 33. Clasificación de redes inalámbricas según su alcance  WMAN Y WWAN – Wireless Metropolitan/Wide Area Network     Alcance amplio, de varios kilómetros Potencia y velocidades de transmisión altas Normalmente son instalaciones tipo outdoor (en exteriores) Dan cubrimiento a zonas amplias de una ciudad o se pueden lograr enlaces hacia zonas apartadas geográficamente. Regresar

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